Forskjellen på direkte væskekjøling og indirekte væskekjøling

Det første trinnet i den termiske design- og utviklingsprosessen er å bekrefte hvilken kjølemetode produktet må bruke, for å reservere tilsvarende designplass i tidlig fase av produktet. For øyeblikket er kjølemetodene for elektroniske produkter hovedsakelig delt inn i fire kategorier: naturlig varmespredning, tvungen luftkjøling og væskekjøling. Med sin effektive kjølekapasitet og lavere energiforbruksforhold brukes flytende kjølesystemer i økende grad i termisk design, som videre deles inn i direkte kjøling og indirekte kjøling.

Direkte kjøling: Komponentene er direkte nedsenket i en væske for varmeavledning. Også kjent som nedsenkingsvæskekjøling eller nedsenkingsvæskekjøling. For tiden er denne teknologien på vei oppover, og noen datasentre har allerede brukt denne kjølemetoden. Direkte væskekjøling har ekstremt høy varmeoverføringseffektivitet, og energiforbruket til temperaturregulering er betydelig redusert sammenlignet med luftkjøling. Derfor kan PUE-verdien (Power Usage Efficiency, PUE=Total Equipment Energy Consumption/IT Equipment Energy Consumption) for datasentre som bruker nedsenket væskekjøling reduseres kraftig, og det er rapporter om at enda lavere verdier enn 1,05 kan være oppnådd.

Fra kontaktformen mellom flytende arbeidsvæske og komponenter, kan direkte væskekjøling deles inn i to typer: 1) Nedsenkings- eller nedsenkingsvæskekjøling refererer til bløtlegging av elektroniske produkter i flytende elektrisk isolasjon, kjemisk stabile, ikke-giftige og ikke-korrosive kjølemedier ; 2) Spraytype væskekjøling refererer til kjøling oppnådd ved å spraye isolasjonsvæske på varmekomponentene. En analogi fra det virkelige liv er at nedsenkingsvæskekjøling ligner på et bad, mens sprayvæskekjøling er som en dusj.

Ved direkte væskekjøling, når kokepunktet til kjølevæsken som brukes er tilstrekkelig lavt, vil det flytende arbeidsfluidet fordampe på overflaten av varmeelementet eller varmeavledningsutvidelsesflaten over elementet, noe som resulterer i ekstremt høy konvektiv varmeoverføringskoeffisient og evne til å frakte bort store mengder varme med ekstremt lav temperaturforskjell. Det er for tiden den mest kommersielt tilgjengelige varmeoverføringsmetoden med høyest varmeoverføringseffektivitet. Boblene inne i displaymaskinen for nedsenket væskekjøling i bildet ovenfor er det fordampede kjølearbeidsvæsken. Tettheten av gassformig kjølemedium er lav, og bobler samles på toppen. De kondenserer tilbake til væsken gjennom en varmeveksler og går deretter tilbake til hulrommet for å fullføre kjølesyklusen. Nøkkelteknologien for direkte væskekjøling er tetting av kjølerommet og kontroll av gass-væskelekkasje i systemet. I et direkte væskekjølesystem med faseendring, hvis temperaturen ikke er riktig kontrollert, kan det føre til raske endringer i trykket i utstyrskammeret og kjølevæsken til å fordampe og unnslippe. I ekstreme tilfeller kan enheten til og med eksplodere.

Indirekte væskekjøling: Varmen fra varmekilden overføres først til den faste kaldplaten, som er fylt med flytende sirkulerende arbeidsvæske. Den flytende arbeidsvæsken overfører varmen som sendes ut av elektroniske produkter til varmeveksleren, hvor varmen spres ut i miljøet. Ved indirekte væskekjøling kommer ikke elektroniske komponenter i direkte kontakt med det flytende varmeoverføringsmediet. For tiden vil elektroniske produkter med høy integrasjon og høy effekttetthet bruke indirekte væskekjøling for varmespredning. Når effekttettheten til produktet øker ytterligere eller kravene til temperaturkontroll blir strengere, er det behov for designmetoder med høyere varmeoverføringseffektivitet for varmespredning. Bilmotorer var et av de tidligste produktene som brukte indirekte væskekjøling. Innen elektroniske produkter har indirekte væskekjøling også vært mye brukt i servere, strømbatteripakker, invertere og annet utstyr.

Ved indirekte væskekjøling kommer ikke elektroniske komponenter i direkte kontakt med det flytende varmeoverføringsmediet. Med andre ord er det flytende kjølemediet her bare et varmeoverføringsmedium, hvis funksjon er å overføre varmen som sendes ut av komponentene til et rom som er praktisk for varmeveksling med omverdenen. I henhold til termodynamikkens første lov, hverken øker eller avtar varme. Etter at varmen er overført av væsken til et sted langt unna varmekilden, må den fortsatt strømme gjennom varmeveksleren for å overføre varme til omverdenen. Dette danner en lukket sløyfe: varmen fra komponentene overføres til det flytende kjølemediet, og temperaturen til det flytende kjølemediet øker. Når det flytende kjølemediet med høy temperatur strømmer gjennom varmeveksleren, utveksler det varme med omverdenen, og temperaturen synker, og strømmer deretter tilbake til komponentsiden for å absorbere varme. Hele det indirekte væskekjølesystemet inkluderer ikke bare varmeoverføringsdelen, men også det tilhørende varmevekslersystemet.

Det skal bemerkes at hvis det beregnes basert på den totale plassen som er okkupert av hele settet med termiske designkomponenter, er forskjellen i varmeavledningskapasitet mellom indirekte væskekjøling og tvungen luftkjøling ikke signifikant. Dette er også en av hovedårsakene til at mange produkter som ikke er praktiske å bruke periferiutstyr eller har standardisert plass, ikke bruker indirekte væskekjøling.